JP5611082B2

JP5611082B2 - クロスヘッドダイ、および導電性ゴムローラの製造方法

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Publication number: JP5611082B2
Application number: JP2011037143A
Authority: JP
Inventors: 英昭渡邊; 佐々木　計二; 計二佐々木; 弘二岡野
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Publication date: 2014-10-22
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Also published as: JP2012171281A

Description

本発明は、電子写真を形成する際に主に使用され、芯金がゴム組成物により被覆された導電性ゴムローラを成形するためのクロスヘッドダイ、および該導電性ゴムローラの製造方法に関する。

従来、ゴム等の熱硬化性の未加硫のゴム組成物を押出し機によりローラ状に押出して成形するためのダイには、クロスヘッドダイがある。クロスヘッドダイは、スクリュー軸とダイがある角度を持って設置されている。そのため、ローラ状になったゴム組成物の内部に芯金を通すことが可能になる。これにより、ゴム層の押出し工程に芯金の被覆工程を組み込めるため、工程の簡略化ができるなどの利点がある（特許文献１参照）。

一般的なクロスヘッドダイでは、断面が略円形の外ダイ穴と、ゴム組成物を外ダイ穴に供給する供給口とを有する外ダイに、芯金ガイド穴を持ったマンドレルが挿入されている。外ダイとマンドレルとの隙間には、供給口と押出し口とを連通させるゴム組成物の流路が形成される。押出し口は、マンドレルの先端から芯金の押出し方向に、ある距離を離れた位置に形成され、円形状の断面を有する。

以下に、上述した一般的なクロスヘッドダイの内部におけるゴム組成物の流れについて説明する。押出し機より供給口に供給されたゴム組成物は、外ダイ穴の内周面とマンドレルの外周面とに囲まれた展開部流路を通過する。展開部流路では、流路が押出し機のスクリュー軸方向から曲折されることによって、ゴム組成物の流れは円形状から、内側と外側がほぼ真円な環状に変換される。なお、展開部流路は、マンドレルの外周面に形成されたマニホールドとプリランドが組み合わさった流路が一般的である。続いて、ゴム組成物の流れは、外ダイ穴の内周面とマンドレルの外周面との隙間に形成された環状流路を通過する。その後、ゴム組成物は、マンドレルの先端から押出された芯金と接触し、その芯金と一体となって押出し口を通過する。このようにして、芯金がゴム組成物で被覆された導電性ローラが成形される。

上述したクロスヘッドダイでは、円形状流路から環状流路に変換される際に、２つのゴム組成物の流れが合流（衝突）し、その合流に伴い接合痕であるウェルドラインが発生することが知られている。ウェルドラインが発生すると、ローラの周方向の電気抵抗のムラが大きくなる。特に、導電性ゴムローラのゴム組成物として使用される電子導電系ゴムにおいて顕著に現れる。

そこで、ウェルドラインによる、ローラの周方向の電気抵抗のムラを抑制するためのゴムローラの製造方法が特許文献２に開示されている。このゴムローラの製造方法では、押出し機から供給された円形状のゴム組成物は、マンドレルの外周面に形成された一対のマニホールドに沿って２つに分岐した後、マニホールドの終端部で合流する。その合流によりゴム組成物は、円形状から環状に変換する。その後、ゴム組成物は、マンドレルの外周面に形成されたらせん溝に沿って流れる。特許文献２に開示された製造方法によれば、ゴム組成物がらせん溝に沿って流れることでゴム組成物の流れが撹拌されるので、ウェルドラインの影響によるローラの周方向の電気抵抗のばらつきを低減できるとされている。

特開２００５−３２９６３９号公報特開２００８−９４０５０号公報

ウェルドラインは、上述したように、ゴム組成物の２つの流れの合流箇所をその発生箇所としている。しかし、特許文献２に開示された製造方法は、ゴム組成物の２つの流れの合流箇所（マニホールドの終端部）に、ウェルドラインそのものの発生を抑制する対策がなされていない。そのため、導電性ゴムローラの周方向における電気抵抗のムラを小さくすることに関して、十分な効果を得られないことが考えられる。

そこで本発明は、導電性ゴムローラの周方向における電気抵抗のムラを小さくする効果を高めることが可能なクロスヘッドダイ、および導電性ゴムローラの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明によるクロスヘッドは、上端部から下端部まで内部を軸方向に貫通した円形状の外ダイ穴と、前記外ダイ穴を囲む壁部を前記軸方向に交差する方向に貫通し、ゴム組成物を前記外ダイ穴に供給する供給口と、が形成された外ダイと、前記軸方向に内部を貫通し、芯金が流れる芯金ガイド穴が前記外ダイ穴の中心軸とほぼ同軸に形成され、前記外ダイ穴に設置されたマンドレルと、を有し、前記芯金ガイド穴から前記外ダイの前記下端部に向かって流出した前記芯金が、前記ゴム組成物により被覆された導電性ゴムローラを成形するクロスヘッドダイにおいて、前記マンドレルが、マニホールド部と、前記マニホールド部の下面から前記軸方向の下側に延びた先端部と、を有し、前記マニホールド部が、外周面に、前記芯金ガイド穴の中心軸と前記供給口の中心軸を含む平面に対して対称な形状に形成された一対の溝であって、前記供給口に対向し、前記ゴム組成物が前記供給口から流入する入口と、前記入口から前記外周面の周方向に離れるとともに前記入口よりも前記軸方向の下側の位置で前記芯金ガイド穴の中心軸を挟んで互いに対向し、前記入口から流入した前記ゴム組成物が前記軸方向の下側に流出する２つの出口と、を有する一対の溝と、前記下面に前記芯金ガイド穴の中心軸に対して対称に形成され、前記２つの出口の各々に連通し、前記芯金ガイド穴の中心軸と前記供給口の中心軸を含む断面において、前記上端部に向かう方向に凸の半円状の溝と、を有し、前記先端部の外周面と前記外ダイ穴の内周面との隙間に形成され、前記２つの出口および前記半円状の溝と連通し、前記２つの出口から流出した前記ゴム組成物が、前記周方向に流れる第１の環状流路と、前記隙間の、前記第１の環状流路よりも前記軸方向の下側に形成され、前記第１の環状流路よりも断面積が小さい第２の環状流路と、をさらに有することを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明による導電性ゴムローラの製造方法は、上端部から下端部まで内部を軸方向に貫通した円形状の外ダイ穴と、前記外ダイ穴を囲む壁部を前記軸方向に交差する方向に貫通した供給口と、が形成された外ダイと、内部を前記軸方向に貫通し、前記外ダイ穴の中心軸とほぼ同軸に形成された芯金ガイド穴と、前記芯金ガイド穴の中心軸と前記供給口の中心軸を含む平面に対して対称な形状に形成された一対の溝が外周面に形成され、前記芯金ガイド穴の中心軸に対して対称な形状に形成され、前記芯金ガイド穴の中心軸と前記供給口の中心軸を含む断面において、前記上端部に向かう方向に凸の半円状の溝が下面に形成されたマニホールド部と、前記マニホールド部の前記下面から前記軸方向の下側に延びた先端部とを有するマンドレルと、を用いて、芯金がゴム組成物により被覆された導電性ゴムローラを製造する方法において、前記ゴム組成物を前記供給口から前記外ダイ穴に供給し、供給された前記ゴム組成物を、前記供給口に対向した入口から、前記入口から前記外周面の周方向に離れるとともに前記入口よりも前記軸方向の下側の位置で前記芯金ガイド穴の中心軸を挟んで互いに対向する２つの出口まで流し、前記２つの出口から流出したゴム組成物を、前記先端部の外周面と前記外ダイ穴の内周面との隙間に形成された第１の環状流路に沿って、前記周方向に流し、前記第１の環状流路を通過した前記組成物を、前記隙間の、前記第１の環状流路よりも前記軸方向の下側に形成され、前記第１の環状流路よりも断面積が小さい第２の環状流路に沿って流す第１の工程と、前記第１の工程と並行して、前記芯金を前記芯金ガイド穴に流す第２の工程と、前記芯金ガイド穴から流出した前記芯金を、前記ゴム組成物により被覆する第３の工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、一対の溝の２つの出口から流出したゴム組成物が、第１の環状流路を周方向に合流（衝突）したときに、半円状の溝内で、乱流を発生させることが可能となる。この乱流により、ウェルドラインが低減されるので、導電性ゴムローラの周方向における電気抵抗のムラを小さくする効果が高くなる。

本発明のクロスヘッドダイの一実施形態を示す断面図である。図１に示すクロスヘッドダイのマンドレルの外形図である。図１に示す領域Ｓの拡大図である。図２に示すマンドレルの斜視図である。図１に示すクロスヘッドダイの環状流路の断面図である。図５（ｂ）に示す環状流路の他の形態を示す断面図である。従来のクロスヘッドダイの断面図である。

図１は、本発明のクロスヘッドダイの一実施形態を示す断面図である。さらに詳しくは、図１は、押出し機１から供給されるゴム組成物１１と、芯金供給装置６から送られてくる芯金１３とを、クロスヘッドダイ２０の中でクロスさせて共に押出しする工程の断面図である。なお、図１は、外ダイ穴の中心軸と供給口の中心軸を含めた断面図である。

本実施形態では、まず、押出し機１のゴム投入口（不図示）からゴム組成物１１が短冊状もしくはリボン巻き状に投入される。押出し機１のシリンダ２の内部でスクリュー３が回転することにより、ゴム組成物１１は、シリンダ２の先端部に接続されたクロスヘッドダイ２０に向かって徐々に押出されていく。シリンダ２およびスクリュー３には、温度を一定に保つために温水が循環させてある。温水の温度は、押出しするゴム組成物の種類によって決まる。本実施形態では、３０℃から１００℃の範囲内とする。スクリュー３によって押出されたゴム組成物１１は、スクリュー３の先に設置されたブレーカープレート４を通ることでその流れが整流される。その後、ゴム組成物１１は、供給口５０を通じてクロスヘッドダイ２０の外ダイ穴５７に流入する。なお、ブレーカープレート４にメッシュ（不図示）が取り付けられると、ゴム組成物１１の中の異物等を除去することが可能となる。クロスヘッドダイ２０にも、温水を循環させることで温度制御がなされている。

次に、本実施形態のクロスヘッドダイ２０の構成について説明する。

クロスヘッドダイ２０は、外ダイ２２と、マンドレル２１を有している。外ダイ２２は、上端部から下端部まで内部を軸方向に貫通した外ダイ穴５７と、外ダイ穴５７を囲む壁部を貫通した供給口５０と、押出し口５９と、を有している。

外ダイ穴５７は、ほぼ直線状の中心軸を有し、その中心軸に垂直な略円形状の断面を連続的に有した穴である。具体的には、外ダイ穴５７は、円柱状形状、円錐状形状、またはそれらを組み合わせた形状の穴である。なお、以下、外ダイ穴５７の軸方向の上側の向きを上流方向７１と呼び、軸方向の下側の向き（上流方向７１とは逆方向の向き）を下流方向７２と呼ぶ。押出し口５９は、クロスヘッドダイ２０に供給されたゴム組成物１１を外部に押出すための略円形状の口である。

供給口５０は、押出し機１から押し出されたゴム組成物１１を外ダイ穴５７に供給するための略円形状の口である。本実施形態では、供給口５０の中心軸は、外ダイ穴５７の中心軸と直交している。しかし本発明では、芯金１３を送る寸法が確保できればよいので、供給口５０の中心軸と外ダイ穴５７の中心軸とは、必ずしも直交する必要はなく、交差してればよい。

外ダイ穴５７には、マンドレル２１が設置されている。外ダイ穴５７にマンドレル２１を設置することによって、外ダイ穴５７とマンドレル２１で囲まれた流路が供給口５０から押出し口５９まで形成される。この流路は、図１では、供給口５０から、後述するマニホールド流路、第１の環状流路６０、第２の環状流路６２、および第３の環状流路６３の順で接続される流路である。なお、本実施形態では、マンドレル２１の外周に溝加工などの加工をすることによって、上記の流路形状を形成しているが、外ダイ穴５７に同様な加工を行うことでも、流路を形成することができる。

マンドレル２１は、内部を軸方向に貫通する芯金ガイド穴３１を備えている。マンドレル２１は、芯金ガイド穴３１の中心軸が外ダイ穴５７の中心軸と同軸になるように外ダイ５７に設置されている。マンドレル２１が芯金ガイド穴３１を有することで、芯金１３とゴム組成物１１とを共に押出すことが可能となる。

外ダイ２２の押出し口５９は、クロスヘッドダイ２０から押し出されるゴム組成物１１の出口である。押出し口５９の形状に応じて、所望の形状のローラを押し出し成形できる。本実施形態では、図１に示すように、ダイス２３に押出し５９が形成されているが、押出し口５９は、外ダイ穴５７と一体であってもよい。ダイス２３は、偏肉調整部２４によって外ダイ２２と連結され、芯金ガイド穴３１の中心軸と、押出し口５９の中心軸の同軸度を調整できるようになっており、芯金ガイド穴３１の中心軸と押出し口５９の中心軸をほぼ同軸となるように調整して使用することが多い。ダイス２３を変更することによって、いろいろな形状のゴム組成物１１を押出し成形できるようになる。このようなクロスヘッドダイ２０を用いることで、押出し機１から供給されたゴム組成物１１は、外ダイ２２とマンドレル２１の間に形成された流路を通過し、押出し口５９へと供給される。供給されたゴム組成物１１は、芯金ガイド穴３１から流出した芯金１３と一体となって、押出し口５９から押し出されることで、芯金１３とゴム組成物１１が一体となったゴムローラとして押出し成形される。

次に、芯金供給装置６について説明する。芯金供給装置６は、芯金送りローラ７を有する。芯金送りローラ７は、芯金ガイド穴３１に芯金１３を送り込む。本実施形態において、芯金１３には、ゴム組成物１１と接着するための接着剤３２が、芯金１３の両端を除いて塗布されている。芯金ガイド穴３１の内径は、芯金１３の外径に対して０．０１〜０．０２ｍｍ大きい。芯金１３は、芯金ガイド穴３１から押出し口５９に連続的に送り込まれる。なお、本実施形態では、芯金ガイド穴３１は、マンドレル２１と同じ部材であるが、別部材であってもよい。例えば、マンドレル２１の内部に円筒状の別部材が挿入された構造であってもよい。また、芯金１３へのキズを防止するために、マンドレル２１は樹脂製であってもよい。芯金ガイド穴３１から押出し口５９に送り込まれた芯金１３は、外ダイ穴５７から押出し口５９に送り込まれたゴム組成物１１に押出し口５９にて被覆される。このとき、芯金１３とゴム組成物１１が共に押出し口５９の形状により外径を制御されながらゴムローラ形状に成形される。押出し口５９から押出された導電性ゴムローラ１２の外径は、ゴム組成物１１の押出し量を一定とした場合には、押出し口５９の口径と芯金１３の供給速度により決定される。なお、本実施形態では、芯金１３は円柱状であり、材質は導電性であればよいが金属製であることが望ましい。

次に、図１〜図５を参照しながら、マンドレル２１の形状、およびゴム組成物１１の流路形状について詳しく説明する。図２は、マンドレル２１の外形図である。図２（ａ）は、左側面図であり、図２（ｂ）は、正面図であり、図２（ｃ）は、右側面図である。なお、図２（ｂ）の正面図は、図１のマンドレルを供給口のある位置から見たときの方向を、正面としている。

マンドレル２１は、マニホールド部２１ａと、先端部２１ｂとを有する。マニホールド部２１ａの外周面には、外ダイ穴５７の中心軸と供給口５０の中心軸を含む平面に対して対称な形状の一対の溝６１が形成され、一対の溝６１が上記のマニホールド流路を構成している。

一対の溝６１は、供給口５０と対向する位置に、供給口５０からゴム組成物１１が流入する入口６１ａを有する。一対の溝６１は、入口６１ａからマニホールド部２１ａの外周面の周方向に分岐し、下流方向側に開口した２つの出口６１ｂで終端している。なお、一対の溝６１は、入口６１ａから周方向に９０°離れた位置まで延び、その後、２つの出口６１ｂが、周方向に互いに１８０°離れた位置で、芯金ガイド穴３１の中心軸を挟んで互いに対向しているのが望ましい。なお、本実施形態において、一対の溝６１は、半径８ｍｍの略半円形状であり、断面積は約８６ｍｍ²であり、流れ方向に沿った流路長さは約３５ｍｍである。

２つの出口６１ｂに連通し芯金ガイド穴３１の中心軸に垂直なマニホールド部２１ａの下面には、芯金ガイド穴３１の中心軸に対して対称な形状の半円状の溝６５が形成されている（図４参照）。図３は、図１に示す領域Ｓの拡大図である。図４は、マンドレル２１の斜視図である。

マニホールド部２１ａの下面からは、先端部２１ｂが下流方向７２に延びている。先端部２１ｂの外周面と外ダイ穴５７の内周面との隙間には、第１の環状流路６０と、第２の環状流路６２と、第３の環状流路６３と、が形成されている。第１の環状流路６０は、一対の溝６１の出口６１ｂおよび溝６５に連通している。第２の環状流路６２は、第１の環状流路６０よりも下流側に形成されている。図５は、第１の環状流路および第２の環状流路の形状を示す断面図である。図５（ａ）は、図１に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図であり、第１の環状流路６０の断面図である。図５（ｂ）は、図１に示す切断線Ｂ−Ｂに沿った断面図であり、第２の環状流路６２の断面図である。なお、図５（ａ）、（ｂ）では、芯金ガイド穴３１の記載は省略している。

図５に示すように、第１の環状流路６０および第２の環状流路６２は、外ダイ穴５７の中心軸に垂直な断面の形状が、外側と内側がともにほぼ真円な環状となっている。外側の円は、外ダイ穴５７の内周面であり、内側の円はマンドレル２１の外周面によって構成されている。また、図５に示すように、第２の環状流路６２の断面積は第１の環状流路６０の断面積よりも小さい。

一対の溝６１の２つの出口６１ｂから流出したゴム組成物１１は、第１の環状流路６０に沿って流れるとともに、下流方向７２に流れる。第１の環状流路６０に沿って流れるゴム組成物１１は、合流（衝突）する。このとき、マニホールド部２１ａの下面に半円状の溝６５が形成されているので、ゴム組成物１１の２つの流れが合流した後、溝６５の内部空間で乱流が発生する。この乱流によりウェルドラインの発生が抑制される。溝６５の各々の幅ｔ１（図３参照）は、図５（ａ）に示す第１の環状流路６０を形成する外側の円の半径と内側の円の半径との差ｔ（図３参照）に近づくほどよく、約８０％以上であるとよい。言い換えると、幅ｔ１は、差ｔの８０％以上であるとよい。

また、本実施形態では、第１の環状流路６０は、内側の円の直径が１６．８ｍｍであり、外側の円の直径が３０ｍｍである環状断面形状であり、流路の長さは１０．５ｍｍである。また、溝６５の半径ｒ（図３参照）は、５．３ｍｍである。第２の環状流路６２では、第１の環状流路６０よりも断面積を小さくすることによって、ゴム組成物１１の下流方向７２の流れ１６１が阻害される。これにより、一対の溝６１の２つの出口６１ｂのそれぞれから流出した２つのゴム組成物１１の流れが周方向の流れ１６２に整流される。

なお、本発明では、第２の環状流路６２の形状は、外側の円と内側の円がほほ真円な環状断面形状に限定されない。例えば、図６（ａ）に示すように、環状断面のゴム組成物１１の流れを均一にさせるために、外側（外ダイ穴５７の内周面）が真円で、内側（先端部２１ｂの外周面）が略楕円状であってもよい。この楕円は、一対の溝６１の２つの出口を結ぶ方向を長軸とするほうがよい。これにより、一対の溝６１の出口６１ｂ付近の流路の断面積が小さくなり、かつ出口６１ｂから離れた位置の流路の断面積が大きくなる。そのため、一対の溝６１から流出した直後の、ゴム組成物１１の流れを均一にする効果を高めることができる。また、内側に略楕円形状を有した環状流路６３を用いることで次のような効果がある。図５（ｂ）に示すように、環状流路６３が外側および内側ともに真円である場合は、一対の溝６１の出口６１ｂから流出したゴム組成物１１の流れは、下流方向の流れ１６１が強い。一方、図６（ａ）に示すように、環状流路６３が、外側が真円で、内側が略楕円形状である場合には、流れ１６１が阻害されるので、周方向の流れ１６２が強くなる。よって、周方向の流れ１６２が衝突して流れを乱すために、効率よく、ウェルドラインを発生しにくくすることができる。

なお、ここでいう楕円形とは、図６（ａ）に示す楕円形だけでなく、図６（ｂ）に示すように、半径が同じ２つの半円を互いに対向して配置し、各半円の円孤の両端を、長さが同じで互いに平行な２つの直線で結んだ形状も含む。

図６（ｂ）に示すこの第２の環状流路６２では、内側が長軸の長さが２６．８ｍｍ、短軸の長さが２５．８ｍｍ、半径が１２．８ｍｍであり、外側の円の直径が３０ｍｍであり、流路の長さは約４．１ｍｍである。なお、上述した各流路の寸法は、代表的な値である。

また、本実施形態では、２本の溝６１を使用しているために、第２の環状流路６２の内側を略楕円形状としたが、本発明では、溝の本数に合わせて違う形状を取ることもできる。例えば、４本の溝を形成する場合は、第２の環状流路６２は、外側がほぼ真円で内側が略四角形の形状となる。この第２の環状流路６２では、内側の略四角形のそれぞれの頂点が溝の出口付近に配置されるようにした方がよい。

第３の環状流路６３は、内側および外側がともに略真円となっている。第３の環状流路６３では、第２の環状流路６２を通過したゴム組成物１１が、押出し口５９へ向かって流れる。

上記のように構成されたクロスヘッドダイ２０を使用することで、供給口５０から供給されたゴム組成物１１をウェルドラインの影響の小さい安定した環状断面流に変換することが可能となる。よって、ウェルドラインの影響による導電性ゴムローラ１２の周方向の電気抵抗のムラを低減することができる。これにより、導電性ゴムローラ１２の周方向における電気抵抗のばらつきを小さくすることが可能となる。また、クロスヘッドダイ２０に形成された流路の全体的な容積を小さくするほうが、ゴム組成物１１が流路に接している時間も短くなり、電気抵抗の変化も少なくなる。そのため、クロスヘッドダイ２０における流路の容積は約３２ｃｍ³以下であることが望ましい。ここでいう流路の容積とは、一対の溝６１の容積と、第１の環状流路６０〜第３の環状流路６３の容積との合計である。第３の環状流路６３の容積には、押出し口５９までの容積が含まれる。換言すると、図１に示すように、押出し口５９と、芯金１３と、マンドレル２１と、外ダイ穴５７で囲まれる内部空間の容積である。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
本実施例においては、上述したクロスヘッドダイ２０を用いて導電性ゴムローラ１２を押出し成形により製作した。

まず、本実施例で使用したゴム組成物１１について説明する。弾性体材料として、ＥＰＴ−４０４５(三井石油化学株式会社製)を１００部、酸化亜鉛２種（ハクスイテック株式会社製）を５部、ステアリン酸（日本油株式会社製）を１部、ＰＥＧ＃４００（日本油株式会社製）を１部用いた。導電性材料として、ケッチェンブラックＥＣ−６００ＪＤ（ケッチェンブラッブインターナショナル株式会社製）を８部、シーストＳＯ（東海カーボン株式会社製）を３０部用いた。可塑剤として、ダイアナプロセスオイルＰＷ−３８０（出光株式会社製）を６０部用いた。脱水剤として、ＶＥＳＴＡＢＳ（井上石灰工業株式会社製）を４部用いた。他の添加剤として、ノクセラーＭ（大内新興化学工業株式会社製）を１部、ノクセラーＴＥＴ（大内新興化学工業株式会社製）を１部、ノクセラーＴＲＡ（大内新興化学工業株式会社製）を１部、サンファックス２００Ｓ（鶴見化学工業株式会社製）を１部用いた。

次に、本実施例で用いるマンドレル２１の詳細な形状について説明する。本実施例では、第２の環状流路６２は、内側を図６（ｂ）に示すような楕円形状とした。また、一対の溝６１において、断面積は約８６ｍｍ²であり、半径は８ｍｍであり、流れ方向に沿った流路長さは約３５ｍｍである。第３の環状流路６３は、内側の円の直径が約１６．８ｍｍであり、外側の円の直径が３０ｍｍであり、流路の長さは約１０．５ｍｍである。また、溝６５の半径は５．３ｍｍである。第２の環状流路６２は、内側が長軸の長さが２６．８ｍｍ、短軸の長さが２５．６ｍｍ、半径が１２．８ｍｍであり、外側は直径が３０ｍｍである円であり、流路の長さは約４．１ｍｍである。第３の環状流路６３は、内側と外側がほぼ真円であり、断面積の最大値が約５０５ｍｍ²であり、容積が約１８６００ｍｍ³である。そして、上述した各流路の容積の合計は、約３２ｃｍ³である。
成形の条件は、下記のように設定した。

押出し本数：導電性ゴムローラ２０００本連続押出し
芯金：全長２５２ｍｍ、外径φ６．０ｍｍ
導電性ゴムローラ：押出し外径平均φ８．７狙い
押出し機：三葉製作所製φ７０ｍｍ、Ｌ／Ｄ２０
スクリュー回転数：８．０ｒｐｍ
ダイス径：φ８．８ｍｍ
押出し速度（１本の押出しに必要な時間）：５秒
本実施例では、上記の未加硫のゴム組成物１１を押出し機１で押出し加工すると同時に（並行して）、連続的に芯金１３をクロスヘッドダイ２０のマンドレル２１の芯金ガイド穴３１通過させることによって、芯金１３の外周にゴム組成物１１を被覆させる。そして、先行する芯金１３の後端部と後続の芯金１３の先端部との間を切断刃８で切断することによって、１本の導電性ゴムローラ１２が成形される。その後、導電性ゴムローラ１２を１７０℃で３０分間熱風炉に投入して加硫を行う。加硫後の導電性ゴムローラの両端部１０ｍｍを突切り加工を行って芯金１３を露出させ、ゴム部を直径８．５ｍｍまで研磨して形状を整え、導電性ゴムローラを作製した。

（実施例２）
本実施例における導電性ゴムローラは、第２の環状流路６２を、図５（ｂ）に示すように、外側と内側がほぼ真円な環状流路とした。この第２の環状流路６２において、内側の円の直径が２６．８ｍｍであり、外側の円の直径が３０ｍｍであり、流路の長さは約４．１ｍｍである。それ以外は、実施例１と同様にして製造する。

（比較例１）
本比較例においては、図７に示す従来のクロスヘッドダイ１２０を使用して、実施例１と同様のゴム組成物１１から導電性ゴムローラを押出し成形した。なお、図７では、図１に示すクロスヘッドダイ２０と同様の構成要素については同じ符号を付している。

図7に示すクロスヘッドダイ１２０において、マンドレル１２１の外周面には、一対のプリランド１６２付きマニホールド１６１が形成されている。マニホールド１６１は、展開部流路１５１を構成している。プリランド１６２の幅は約３ｍｍである。展開部流路１５１の流路に垂直な断面の面積は、約７１０ｍｍ²である。また、クロスヘッドダイ１２０では、展開部流路１５１に後続して環状流路１５２が形成されている。環状流路１５２は、長さが９０ｍｍで断面積の最大値が１７２５ｍｍ²のテーパ形状である。なお、環状流路１５２を構成するマンドレル１２１の外周には、らせん状の溝１５３が形成されている。導電性ゴムローラの成形条件は、実施例１と同じである。なお、本比較例のクロスヘッドダイ１２０における流路の容積は、約３３０ｃｍ³である。

（評価）
各実施例および比較例１で製造された導電性ゴムローラについて、押出し本数が４００本間隔で、周方向の電流値を測定し、以下のように、電気抵抗のムラを計算した。具体的には、円柱状の金属ドラムに両端５００ｇ荷重で導電性ゴムローラを当接させ、金属ドラムを回転させた状態で、導電性ゴムローラと金属ドラムとの間に２００Ｖの電圧を印加し、測定周期５０ｍｓｅｃで電流を測定する。そして、電流値の最大値を最小値で除算した値によって電気抵抗のムラを評価する。

以上の実施例および比較例における測定結果をそれぞれ下記の表１に示す。

┌────┬─┬──┬──┬──┬──┬──┐
押出し本数│50│400│800│1200│1600│2000│
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実施例１ 1.42│1.42│1.43│1.43│1.47│1.46│
├────┼─┼──┼──┼──┼──┼──┤
実施例２ 1.46│1.45│1.46│1.49│1.51│1.50│
├────┼─┼──┼──┼──┼──┼──┤
比較例１ 1.48│1.58│1.66│1.68│1.72│1.77│
└────┴─┴──┴──┴──┴──┴──┘
表１より、導電性ゴムローラの周方向における電気抵抗のムラに関して、各実施例で製造された導電性ゴムローラは、押出し本数が増えても安定した数値とすることが可能であった。よって、各例実施例のクロスヘッドダイで導電性ゴムローラを成形すると、周方向における電気抵抗のムラを小さくできると考えられる。

一方、比較例で製造された導電性ゴムローラは、押出本数が増加するにつれて、周方向における電気抵抗のムラが大きくなっていることがわかる。これは、比較例１のクロスヘッドダイ１２０には、ゴム組成物１１の２つの流れが合流するマニホールド１６１の終端部に、実施例１、２のクロスヘッドダイ２０に設けられた溝６５のような乱流を発生させる構造が設けられていないからだと考えられる。

以上の結果より、本発明のクロスヘッドダイ２０により、周方向における電気抵抗のムラが小さい導電性ゴムローラを成形することができる。

なお、流路の圧力損失を考慮すると、芯金１３の直径の範囲は４〜１０ｍｍが望ましく、導電性ゴムローラ１２の外径の範囲は７ｍｍ〜１６ｍｍが望ましい。

２１マンドレル
２２外ダイ
５０供給口
５７外ダイ穴
６０第１の環状流路
６２第２の環状流路
６５溝

Claims

上端部から下端部まで内部を軸方向に貫通した円形状の外ダイ穴と、
前記外ダイ穴を囲む壁部を前記軸方向に交差する方向に貫通し、ゴム組成物を前記外ダイ穴に供給する供給口と、
が形成された外ダイと、
前記軸方向に内部を貫通し、芯金が流れる芯金ガイド穴が前記外ダイ穴の中心軸とほぼ同軸に形成され、前記外ダイ穴に設置されたマンドレルと、
を有し、
前記芯金ガイド穴から前記外ダイの前記下端部に向かって流出した前記芯金が、前記ゴム組成物により被覆された導電性ゴムローラを成形するクロスヘッドダイにおいて、
前記マンドレルが、
マニホールド部と、
前記マニホールド部の下面から前記軸方向の下側に延びた先端部と、
を有し、
前記マニホールド部が、
外周面に、前記芯金ガイド穴の中心軸と前記供給口の中心軸を含む平面に対して対称な形状に形成された一対の溝であって、
前記供給口に対向し、前記ゴム組成物が前記供給口から流入する入口と、
前記入口から前記外周面の周方向に離れるとともに前記入口よりも前記軸方向の下側の位置で前記芯金ガイド穴の中心軸を挟んで互いに対向し、前記入口から流入した前記ゴム組成物が前記軸方向の下側に流出する２つの出口と、
を有する一対の溝と、
前記下面に前記芯金ガイド穴の中心軸に対して対称に形成され、前記２つの出口の各々に連通し、前記芯金ガイド穴の中心軸と前記供給口の中心軸を含む断面において、前記上端部に向かう方向に凸の半円状の溝と、
を有し、
前記先端部の外周面と前記外ダイ穴の内周面との隙間に形成され、前記２つの出口および前記半円状の溝と連通し、前記２つの出口から流出した前記ゴム組成物が、前記周方向に流れる第１の環状流路と、
前記隙間の、前記第１の環状流路よりも前記軸方向の下側に形成され、前記第１の環状流路よりも断面積が小さい第２の環状流路と、
をさらに有することを特徴とするクロスヘッドダイ。
前記第２の環状流路の外側が円形であり、前記第２の環状流路の内側が楕円形である、請求項１に記載のクロスヘッドダイ。
上端部から下端部まで内部を軸方向に貫通した円形状の外ダイ穴と、
前記外ダイ穴を囲む壁部を前記軸方向に交差する方向に貫通した供給口と、
が形成された外ダイと、
内部を前記軸方向に貫通し、前記外ダイ穴の中心軸とほぼ同軸に形成された芯金ガイド穴と、
前記芯金ガイド穴の中心軸と前記供給口の中心軸を含む平面に対して対称な形状に形成された一対の溝が外周面に形成され、前記芯金ガイド穴の中心軸に対して対称な形状に形成され、前記芯金ガイド穴の中心軸と前記供給口の中心軸を含む断面において、前記上端部に向かう方向に凸の半円状の溝が下面に形成されたマニホールド部と、
前記マニホールド部の前記下面から前記軸方向の下側に延びた先端部と
を有するマンドレルと、
を用いて、芯金がゴム組成物により被覆された導電性ゴムローラを製造する方法において、
前記ゴム組成物を前記供給口から前記外ダイ穴に供給し、
供給された前記ゴム組成物を、前記供給口に対向した入口から、前記入口から前記外周面の周方向に離れるとともに前記入口よりも前記軸方向の下側の位置で前記芯金ガイド穴の中心軸を挟んで互いに対向する２つの出口まで流し、
前記２つの出口から流出したゴム組成物を、前記先端部の外周面と前記外ダイ穴の内周面との隙間に形成された第１の環状流路に沿って、前記周方向に流し、
前記第１の環状流路を通過した前記組成物を、前記隙間の、前記第１の環状流路よりも前記軸方向の下側に形成され、前記第１の環状流路よりも断面積が小さい第２の環状流路に沿って流す第１の工程と、
前記第１の工程と並行して、前記芯金を前記芯金ガイド穴に流す第２の工程と、
前記芯金ガイド穴から流出した前記芯金を、前記ゴム組成物により被覆する第３の工程と、
を有することを特徴とする導電性ゴムローラの製造方法。